收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于金属有机框架及其衍生物的电化学传感器设计及检测应用

徐晖  
【摘要】:在过去的几十年中,对金属有机框架材料(Metal Organic Framework,简称MOFs)的合成与应用研究得到了巨大的发展。除了用于分离和催化外,MOFs材料特性也受到电化学分析研究者的关注。MOFs材料的高孔隙率、大量暴露的活性位点和大的比表面积,为负载客体分子和高催化性的金属颗粒提供了丰富的锚定位点,便于提高电化学检测的灵敏度;而可控的孔径能够控制MOFs材料的基质通过排他对特定分析物进行选择,有利于提高传感器响应的选择性。这些优点使得搭载MOFs材料的电化学传感器广泛应用于环境监测、食品质量控制、医学诊断和化学治疗检测等多个领域。尽管MOFs材料是一种极具潜力的电化学传感器电极材料,但是很多MOFs存在导电性差、结构不稳定等问题,限制了其在电化学传感中的应用。当前,发展基于MOFs的复合材料,将MOFs进行煅烧等制备MOF衍生材料成为提高MOFs稳定性,扩展其电化学应用范围的有效途径。本论文中,我们将金属有机骨架与三维石墨烯结合制备复合物,或者以金属有机框架为前驱体制备其衍生的三维多孔碳-金属复合材料,然后将其用于构建电化学传感器。所制备的复合材料呈现三维多孔结构,可有效克服普通球状粒子材料和石墨烯材料在电极表面的聚集堆积引起的表面积低、催化活性差、传质阻力大等问题,复合材料的制备有利于提升MOFs材料导电性和稳定性,通过材料间的协同作用显著提升传感器性能。论文主要研究工作如下:1、工作一:基于核壳结构MOFs衍生的多孔碳-金属复合物实现对苯二酚异构体的电化学检测。通过原位生长法,以ZIF-8为核,外层包裹ZIF-67,制备出ZIF-8@ZIF-67,然后通过高温碳化制备出空心纳米笼NC@Co-NGC材料。通过扫描电镜,透射电镜等对产物形貌结构进行了详细的表征,考察了氢醌(HQ)和儿茶酚(CC)在NC@Co-NGC修饰电极表面的电化学行为。结果表明:在空心纳米笼结构中,氮掺杂碳和多孔碳为协同电子转移提供了快速通道;CoNPs为材料带来了高催化性,同时,纳米笼结构独有的空腔为材料提供了一个电极-电解质-氧气的三相界面,使得反应物能够快速扩散通过催化剂。NC@Co-NGC材料对HQ和CC表现出良好的催化活性,基于其修饰的电极既能单独对两者进行检测,又能在互不干扰的前提下对二者同时检测。用于单独检测时,该电化学传感器对CC检测的线性范围为5-750μM,检出限1.3μM;对HQ检测的线性范围为5-750μM,检出限1.3μM;对CC和HQ共同检测的线性范围检测的线性范围为3-1500μM,检出限1.3μM。2、工作二:基于钴掺杂MOF衍生的三维多孔海绵状碳网络复合材料C@Co构建H_2O_2电化学传感器。利用三氮唑作为配体,合成高密度MOFs材料MET-6,再通过掺杂Co~(2+)制备出MET-6@Co,利用MET-6@Co作为前驱体,通过不同温度下煅烧制备出C@Co。利用扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射仪等对产物形貌结构进行了详细表征。电化学研究表明相比较于单独的三维多孔碳材料,具有分层多孔的三维多孔碳网络能够提供更多的电子通道,实现快速电子传输,以充分利用钴纳米颗粒的催化活性;碳化温度对产物的催化活性具有显著影响,900℃下碳化的C@Co对H_2O_2电催化还原信号最强。最后将900℃下碳化的C@Co修饰在GCE上后,对H_2O_2的线性检测范围在0.4μM到23μM,检出限为0.13μM。3、工作三:在三维多级孔石墨烯(3DHGO)气凝胶上生长UiO-66-NH_2和铋纳米颗粒(BiNPs)的复合材料构建重金属离子电化学传感器。首先利用过氧化氢(H_2O_2)腐蚀氧化石墨烯制备3DHGO气凝胶,再通过水热法将UiO-66原位生长在3DHGO气凝胶上,最后通过还原将BiNPs生长在UiO-66表面,组成复合材料3DHGO/UiO-66@BiNPs。从SEM上看,UiO-66-NH_2和BiNPs的生长并没有破坏3DHGO的多孔结构,3DHGO的多孔结构和边界效应反而为UiO-66-NH_2和BiNPs的生长提供了更大的比表面积和活性位点。同时UiO-66-NH_2和BiNPs相互作用,实现了对重金属离子的吸附和更高灵敏度的检测。利用电化学方法对3DHGO/UiO-66@BiNPs检测重金属离子Cd~(2+)和Pb~(2+)的性能进行研究。实验结果表明,该电化学传感器对Cd~(2+)检测的线性范围为0.02μM-4μM,检出限为0.007μM;对Pb~(2+)检测的线性范围为0.02μM-4μM,检出限为0.008μM;对于Cd~(2+)和Pb~(2+)的共同检测线性范围0.04μM-4μM,检出限为0.012μM。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 胡延光;;石墨烯在电化学传感器方面的研究进展[J];广东化工;2016年24期
2 闵笑宇;;纳米复合材料在电化学传感器中的应用研究[J];化工设计通讯;2017年01期
3 马慧媛;;多巴胺电化学传感器专利技术综述[J];科技创新导报;2019年30期
4 杨萍;钟立;魏小平;李建平;;过渡金属氧化物在光电化学传感器中的应用研究进展[J];理化检验(化学分册);2020年01期
5 余燕娟;;电化学传感器在甲醛检测中的研究进展[J];计量技术;2020年03期
6 孙佰顺;李洪亮;李德禄;;等势点温度补偿法在电化学传感器中的应用[J];科技资讯;2015年01期
7 庄贞静;肖丹;李毅;;无酶葡萄糖电化学传感器的研究进展[J];化学研究与应用;2009年11期
8 朱建中;张国雄;;生物电化学传感器的微型化集成化[J];化学传感器;1994年03期
9 赵长文;;电化学传感器及其临床应用的进展[J];国外医学.药学分册;1993年01期
10 莫健伟;周性尧;;生物电化学传感器研制及应用的进展[J];汕头大学学报(自然科学版);1993年01期
11 张继东;赵波;陈庆东;楚民生;朱亚冠;程欲晓;;液相萃取-电化学传感器法快速测定原油和燃料油中硫化氢[J];理化检验(化学分册);2020年07期
12 郑楠;奚松平;;一种基于多层金纳米颗粒的铵离子电化学传感器的研究[J];广东化工;2017年15期
13 李原婷;;可穿戴式电化学传感器在现场快速检测中的应用[J];应用技术学报;2017年03期
14 何少杰;李杨;;电化学传感器在食品分析中的应用进展[J];化工管理;2016年07期
15 彭颐;徐国海;胡柏林;;碳纳米管电化学传感器的制备及应用[J];孝感学院学报;2009年06期
16 吴晓苹,雷德森,陈国南;关于生物电化学传感器学科发展的思考[J];科技通报;2001年05期
17 林化新;孔连英;薛垂荫;;一种长寿命高稳定的电化学传感器[J];化学传感器;1992年04期
18 吴辉煌;;生物电化学传感器的设计——Ⅱ.新近进展[J];化学通报;1988年12期
19 郑文会;一种新的环境监测手段——生物电化学传感器的原理及应用[J];环境科学;1983年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄彬铜;李迎春;;分子印迹聚合物和氮硫掺杂的活性石墨烯修饰的电化学传感器用于环磷酰胺的检测[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四分会:生物分析和生物传感[C];2016年
2 董绍俊;;自供能生物电化学传感器及分析应用[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三分会:纳米传感新原理新方法[C];2016年
3 朱洪;朱志伟;;离子液对非酶葡萄糖电化学传感器构建的影响[A];第十一届全国电分析化学会议论文摘要(3)[C];2011年
4 鲜跃仲;;基于链接化学策略的电化学传感器的设计与应用研究[A];第十一届全国电分析化学会议论文摘要(2)[C];2011年
5 姚碧霞;郑婷婷;傅金英;李雪林;汪庆祥;翁文;;蛋白质修饰手性电化学传感器的研制与应用[A];第六届全国化学生物学学术会议论文摘要集[C];2009年
6 田斌;万小山;李华;宋诗哲;;一种金属腐蚀监/检测的电化学传感器的研制[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
7 王康丽;严河清;白延利;王鄂凤;;氮氧化物电化学传感器[A];第八届全国气湿敏传感器技术学术交流会论文集[C];2004年
8 朱俊杰;;纳米生物电化学传感器的研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
9 吴坚;王酉;李光;;微电化学传感器的研究[A];第二届长三角地区传感技术学术交流会论文集[C];2006年
10 王雅文;刘艳玲;徐加泉;度欢欢;黄卫华;;基于金纳米管和二氧化钛纳米线复合纳米材料的柔性光致自清洁电化学传感器构建[A];第十三届全国电分析化学学术会议会议论文摘要集[C];2017年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘艳玲;高性能电化学传感器实时监测内皮细胞一氧化氮释放[D];武汉大学;2016年
2 陈瑾;两种稀土离子的新型印迹电化学传感器的研究与应用[D];云南大学;2018年
3 周团团;用于水环境中肼检测的Co_3O_4基电化学传感器的制备及性能研究[D];北京林业大学;2019年
4 周嘉婉;DNA甲基化转移酶及多巴胺的新型电化学传感器研究[D];湖南大学;2018年
5 刘双燕;功能导向碳基传感器的构筑及其在生物与环境中的分析应用[D];北京化工大学;2018年
6 马亚;新型高灵敏分子印迹电化学传感器的构建及改进研究[D];华南理工大学;2018年
7 丁艾玲;高性能碳基电化学传感器的构建及其在生物小分子检测中的应用[D];西南大学;2018年
8 张艳;三维碳基柔性电极的制备及其在电化学传感器中的应用[D];华中科技大学;2018年
9 宋丹丹;基于新型二维复合材料的电化学传感器及有机磷农药检测[D];燕山大学;2018年
10 杨娟;金属有机框架化合物衍生材料的制备及其在电化学传感器中的应用[D];武汉大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐晖;基于金属有机框架及其衍生物的电化学传感器设计及检测应用[D];江西师范大学;2020年
2 王晖;间接传感策略在电化学及可视化分析中的应用[D];西北师范大学;2017年
3 莫韬;基于纳米材料电化学传感器的构建及对水合肼、酚类物质的检测[D];闽南师范大学;2017年
4 吴石莲;基于柱芳烃超分子识别的荧光/电化学传感器在疾病标志物检测中的应用研究[D];云南大学;2018年
5 刘蓉;柔性可穿戴电化学传感器的构建及用于人体汗液尿素检测[D];武汉大学;2018年
6 徐孟丽;基于共价有机框架材料的比率电化学传感研究[D];江西师范大学;2019年
7 张思宇;磁性纳米材料电化学传感器检测过氧化氢或亚硝酸盐的研究[D];河南大学;2019年
8 王娟;四氧化三锡基分子印迹电化学和光电化学传感器的制备及其在食品安全检测中的应用[D];扬州大学;2019年
9 张俊杰;基于金属有机框架热解衍生物的电化学传感器制备及其应用[D];石河子大学;2019年
10 王东洋;新型电化学传感器的设计及其对细胞释放·OH监测的应用[D];石河子大学;2019年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 科学导报记者 范琛;“电化学传感器”让农残瞬间现形[N];科学导报;2017年
2 成都 新兴 编;电化学传感器[N];电子报;2016年
3 本报记者 李佳师;AI“品尝”的难题[N];中国电子报;2020年
4 本报记者 王奇 通讯员 远德亮;“变检之量”QC小组攻克世界难题[N];淄博日报;2012年
5 黄绍敏 王清燕;科力恒的崛起[N];中国企业报;2001年
6 记者 彭溢;我省首个外籍院士工作站揭牌[N];黑龙江日报;2014年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978